Jacob Hoover
0 
4333
33
Een team van wetenschappers in China heeft kwantumgeheugens gekoppeld over meer dan 50 kilometer glasvezelkabel, waarmee het vorige record meer dan 40 keer werd overtroffen. Deze prestatie is een belangrijke stap in de richting van een hackbestendig internet, aldus wetenschappers.
Het internet dat we vandaag gebruiken, was echt een revolutionaire uitvinding. Het verbond de wereld met informatie en stelde ons in staat miljoenen foto's van schattige en knuffelige katten te delen. Maar het internet staat ook vol met hackers die belangrijke of gevoelige informatie proberen te onderscheppen. Om terug te vechten, hebben natuurkundigen een oplossing bedacht, met een beetje hulp van Schrödingers kat, de beroemde, hypothetische dood en levend katachtige bedoeld om de vreemde aard van subatomaire deeltjes bloot te leggen..
Die voorgestelde oplossing is een nieuw internet dat wordt geregeerd door de bizarre wereld van de kwantummechanica. Zo'n internet zou ooit de standaard kunnen worden voor het veilig verzenden, ontvangen en opslaan van gegevens.
Verwant: 18 keer kwantumdeeltjes bliezen onze geest
In de klassieke computerwereld wordt informatie weergegeven door bits met waarden van 0 of 1. Een quantuminternet zou, net als een quantumcomputer, profiteren van een van de fundamentele eigenschappen van de quantummechanica, het superpositieprincipe. Dit principe is beroemd beschreven aan de hand van de paradox van natuurkundige Erwin Schrödinger dat een kat in een doos tegelijkertijd dood en levend is. Kwantumcomputers gebruiken kwantumbits, of 'qubits', die kunnen bestaan in een superpositietoestand waarin ze tegelijkertijd een waarde van 1 en 0 hebben. Een qubit bestaat in deze staat van onzekerheid totdat het wordt gemeten door een waarnemer, waardoor de qubit wordt samengevouwen tot een bepaalde staat van 0 of 1.
Als je twee of meer qubits aan elkaar koppelt, raken ze verstrikt. Kwantumverstrengeling is de etherische verbinding tussen twee of meer deeltjes, zodat elke actie die op de ene wordt uitgevoerd onmiddellijk de andere beïnvloedt, ongeacht hoe ver ze van elkaar verwijderd zijn. Albert Einstein noemde dit fenomeen 'spookachtige actie op afstand'. De echte magie van een kwantuminternet zou beginnen wanneer informatie wordt verzonden met behulp van verstrengelde deeltjes, ook wel kwantumteleportatie genoemd.
"Kwantumteleportatie is een manier om een onbekende kwantumtoestand van het ene deeltje naar het andere op een verre locatie over te brengen, zonder het originele deeltje zelf te sturen", zegt Jian-Wei Pan, een professor in de natuurkunde aan de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China in Hefei. en co-auteur van de studie, zei in een interview met de National Science Review.
Omdat verstrengelde qubits niet fysiek met elkaar zijn verbonden in welke vorm dan ook, is het onmogelijk om de communicatie ertussen te onderscheppen.
Pan en zijn team hebben de verstrengeling van lichtdeeltjes, of fotonen, al over lange afstanden door lege ruimte aangetoond. In 2017 verstrengelde zijn team twee fotonen van elkaar gescheiden door 1.200 km met behulp van een satellietrelais in een baan om de aarde, Micius genaamd..
In de praktijk is verstrengeling een lastige zaak. De kleinste verstoringen, zoals een verandering van temperatuur of trilling, kunnen de verbinding tussen verstrengelde deeltjes verbreken, waardoor hun gedeelde toestand ineenstort. Om een echt quantuminternet te realiseren, zullen natuurkundigen de hulp moeten inroepen van zogenaamde quantumherinneringen.
"Quantumgeheugen is een apparaat dat kwantuminformatie opslaat. [Het] moet de superpositie van twee staten opslaan", zegt Xiao-Hui Bao, een professor in de natuurkunde aan de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China in Hefei en co-auteur van de studie, vertelde .
Quantum-herinneringen
In de studie, gepubliceerd op 12 februari in het tijdschrift Nature, slaagden Pan en zijn collega's erin kwantumherinneringen te verstrengelen over 50 km glasvezelkabel. Het vorige record van scheiding tussen herinneringen was 0,8 mijl (1,3 km).
In het experiment van de nieuwe studie is het kwantumgeheugen een ensemble van lasergekoelde rubidiumatomen gevangen in een vacuüm, zei Bao. Het team gebruikte fotonen om te lezen en te schrijven naar de wolk van 100 miljoen gevangen atomen. Fotonen werden gebruikt om zowel de atomen in een hogere energietoestand te prikkelen, de qubits in te stellen die de onderzoekers wilden verstrengelen, als een verstrengeld foton te produceren dat door de optische kabel werd gestuurd. De onderzoekers moesten vervolgens de frequentie van het foton veranderen, zodat het niet verloren zou gaan in de 50 km glasvezelkabel die in hun lab is opgerold. Ten slotte zou het foton op zijn reis door de kabel kunnen worden gestuurd om het tweede kwantumgeheugen met succes te verstrikken.
Hoewel kwantumverstrengeling tussen de herinneringen is bereikt, moet het team nog kwantumteleportatie van informatie tussen de twee knooppunten uitvoeren. De onderzoekers zeiden dat ze hopen dat dit werk de weg zal effenen voor het creëren van een web van kwantumrelaisstations die verstrengelde communicatie over grotere afstanden zouden uitbreiden, wat uiteindelijk leidt tot een grootschalig kwantumnetwerk..
- Hoe kwantumverstrengeling werkt (infographic)
- De grootste onopgeloste mysteries in de natuurkunde
- De 12 belangrijkste en meest verbluffende kwantumexperimenten van 2019
Oorspronkelijk gepubliceerd op .
AANBIEDING: Bespaar minstens 53% met onze nieuwste tijdschriftdeal!
Met indrukwekkende opengewerkte illustraties die laten zien hoe dingen werken en verbluffende fotografie van 's werelds meest inspirerende spektakels, vertegenwoordigt How It Works het toppunt van boeiend, feitelijk plezier voor een mainstream publiek dat graag op de hoogte wil blijven van de nieuwste technologie en de meest indrukwekkende fenomenen op de planeet en daarbuiten. Geschreven en gepresenteerd in een stijl die zelfs de meest complexe onderwerpen interessant en gemakkelijk te begrijpen maakt, wordt How It Works genoten door lezers van alle leeftijden.
Bekijk deal